Une nouvelle technique offre des cartes plus précises de la surface de la lune

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université Brown pourrait aider à redéfinir la façon dont les scientifiques cartographient la surface de la Lune, rendant le processus plus rationalisé et plus précis que jamais.

Publié dans le Journal des sciences planétaires, les recherches menées par les chercheurs de Brown Benjamin Boatwright et James Head décrivent les améliorations apportées à une technique de cartographie appelée shape-from-shading. La technique est utilisée pour créer des modèles détaillés du terrain lunaire, décrivant les cratères, les crêtes, les pentes et autres dangers de surface. En analysant la façon dont la lumière frappe différentes surfaces de la lune, il permet aux chercheurs d’estimer la forme tridimensionnelle d’un objet ou d’une surface à partir de composites d’images bidimensionnelles.

Des cartes précises peuvent aider les planificateurs de missions lunaires à identifier les points d'atterrissage sûrs et les zones d'intérêt scientifique, rendant ainsi les opérations de mission plus fluides et plus réussies.

“Cela nous aide à avoir une meilleure idée de ce qui existe réellement”, a déclaré Boatwright, chercheur postdoctoral au Département des sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes de Brown et auteur principal du nouvel article. “Nous devons comprendre la topographie de la surface de la Lune, là où il n'y a pas autant de lumière, comme les zones sombres du pôle sud lunaire que ciblent les missions Artemis de la NASA.

“Cela permettra au logiciel d'atterrissage autonome de naviguer et d'éviter les dangers, comme les gros rochers et les rochers, qui pourraient mettre en danger une mission. Pour cette raison, vous avez besoin de modèles qui cartographient la topographie de la surface avec une résolution aussi élevée que possible, car plus il y a de détails. vous l'avez, mieux c'est.

Cependant, le processus de développement de cartes de précision demande beaucoup de travail et présente des limites en ce qui concerne les conditions d'éclairage complexes, l'interprétation imprécise des ombres et la gestion de la variabilité du terrain. Les améliorations apportées par les chercheurs Brown à la technique de création de forme à partir de l'ombrage visent à résoudre ces problèmes.

Les chercheurs expliquent dans l'étude comment des algorithmes informatiques avancés peuvent être utilisés pour automatiser une grande partie du processus et augmenter considérablement la résolution des modèles. Le nouveau logiciel donne aux scientifiques lunaires les outils nécessaires pour créer des cartes plus grandes de la surface de la Lune contenant des détails plus fins à un rythme beaucoup plus rapide, affirment les chercheurs.

“La forme à partir de l'ombrage nécessite que les images que vous utilisez soient parfaitement alignées les unes avec les autres afin qu'une caractéristique d'une image soit exactement au même endroit dans une autre image pour créer ces couches d'informations, mais les outils actuels ne le sont pas. tout à fait dans un endroit où vous pouvez simplement lui donner des tas d'images et il produira un produit parfait”, a déclaré Boatwright.

“Nous avons mis en œuvre un algorithme d'alignement d'image qui sélectionne les caractéristiques d'une image et essaie de trouver ces mêmes caractéristiques dans l'autre, puis de les aligner, de sorte que vous n'ayez pas à tracer manuellement les points d'intérêt sur plusieurs images, ce qui ça prend beaucoup d'heures et de puissance cérébrale.”

Les chercheurs ont également mis en œuvre des algorithmes de contrôle de qualité et des filtres supplémentaires pour réduire les valeurs aberrantes du processus d'alignement, des outils permettant de garantir que les images alignées correspondent réellement et de supprimer les images qui ne s'alignent pas également. En sélectionnant uniquement les images qui finissent par être utilisables, cela améliore la qualité et réduit la précision à des résolutions submétriques. La vitesse permet également d’examiner de plus grandes surfaces, augmentant ainsi la production de ces cartes.

Les chercheurs ont évalué la précision de leurs cartes en les comparant à d’autres modèles topographiques existants, recherchant des divergences ou des erreurs dans les caractéristiques de la surface lunaire. Ils ont découvert que les cartes générées à l’aide de leur méthode raffinée de forme à partir de l’ombrage étaient plus précises que celles dérivées des techniques traditionnelles, montrant des caractéristiques et des variations plus subtiles du terrain de la surface lunaire.

Pour l’étude, les chercheurs ont principalement utilisé les données de l’altimètre laser Lunar Orbiter et de la caméra Lunar Reconnaissance Orbiter, des instruments embarqués à bord du Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, en orbite autour de la Lune depuis 2009.

Les scientifiques prévoient d'utiliser leur logiciel perfectionné de création de formes à partir d'ombrages pour produire des cartes lunaires, et ils espèrent que d'autres l'utiliseront également dans leurs efforts de modélisation. C'est pourquoi ils ont utilisé des algorithmes open source pour produire cet outil.

“Ces nouveaux produits cartographiques sont nettement meilleurs que ce que nous avions en matière de planification d'exploration lors des missions Apollo, et ils amélioreront considérablement la planification des missions et les résultats scientifiques pour Artemis et les missions robotiques”, a déclaré Head, professeur de sciences géologiques à Brown, qui a travaillé dans le programme Apollo.

Les chercheurs espèrent que le nouvel outil renforcera l’intérêt actuel pour la science et l’exploration de la Lune à la NASA et dans les agences spatiales du monde entier.

“Il y a une richesse d'informations à gagner en rendant ces types d'outils accessibles à tous”, a déclaré Boatwright. “C'est une manière égalitaire de faire de la science.”